Разработка процесса знакопеременной формовки гофрированного профиля на профилегибочном стане со стальными и эластичными бандажами валков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат технических наук Поворов, Сергей Владимирович

• Поворов, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Поворов, Сергей Владимирович

Введение.

1. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИНЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ.

1.1. Устройство и конструкция пластинчатых теплообменников.

1.2. Холодная листовая штамповка.

1.2.1. Рельефная формовка.

1.2.2. Профилирование ленточного, полосового и листового материала на гибочных машинах.

1.3. Профилирование листового металла на многовалковых машинах.

1.4. Гидроформовка.

1.5. Формовка тонколистовых деталей эластичной средой.

1.6. Реверсивная штамповка-вытяжка эластичным пуансоном по жесткой матрице.

1.7. Локализация очага деформации при обработке листовых металлов на многовалковых машинах.

1.7.1. Локализация очага деформации на многовалковых машинах с эластичным рабочим инструментом.

1.7.2. Технологические процессы с применением двухвалковых машин.

1.8. Деформирование тонколистовых заготовок на станах локальной формовки.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процесса знакопеременной формовки гофрированного профиля на профилегибочном стане со стальными и эластичными бандажами валков»

Цель работы.45

Задачи исследования.45

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЗНАКОПЕРЕМЕННОЙ ФОРМОВКИ КАНАЛОВ В ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКЕ.47

2.1. Описание технологических переходов и схемы деформирования заготовки.47

2.2. Основополагающие уравнения.50

2.3. Моделирование тонколистового материала.53

2.3.1. Выбор конечных элементов.53

2.3.2. Выбор модели материала.55

2.4. Моделирование полиуретана.59

2.4.1. Выбор конечных элементов.59

2.4.2. Выбор модели материала.63

2.4.3. Определение констант Муни-Ривлина.66

2.4.4. Испытания образца на одноосное растяжение.70

2.4.5. Испытания образца на чистый сдвиг.71

2.4.6. Среднеквадратичная аппроксимация данных.72

2.5. Моделирование жесткого инструмента.74

2.6. Учет и моделирование контактного взаимодействия.75

Выводы по главе.78

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОЙ ЗНАКОПЕРЕМЕННОЙ ФОРМОВКИ.79

3.1. Исходные данные для построения модели.79

3.2. Моделирование процесса формовки алюминиевой заготовки.81

3.3. Моделирование процесса формовки заготовки из нержавеющей стали.95

Выводы по главе.109

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОЙ ЗНАКОПЕРЕМЕННОЙ ФОРМОВКИ.110

4.1. Определение констант Муни-Ривлина для эластичного инструмента.110

4.2. Оснастка для проведения экспериментального исследования процесса непрерывной знакопеременной формовки.112

4.3. Экспериментальное исследование процесса знакопеременной формовки.116

4.3.1. Формовка заготовки из алюминия.116

4.3.2. Формовка заготовки из нержавеющей стали.119

Выводы по главе.122

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛООБМЕННЫХ ПАНЕЛЕЙ.124

Выводы по главе.131

6. Выводы по работе.133

7. Литератур.134

8. Приложение.141

Введение

Теплообменные аппараты составляют наиболее многочисленную группу теплосилового оборудования, которое в настоящее время на российском рынке имеет высокий спрос. На сегодняшний день передовой технологией в области организации передачи тепла является использование пластинчатых теплообменников, которые в последние годы получают все большее распространение в теплоэнергетике. Сочетание высокой скорости теплообмена при малых габаритах делает этот вид теплообменников одним из наиболее перспективных. Область применения данных устройств довольна велика благодаря высокой эффективности передачи тепловой энергии между жидкими и газообразными средами, возможности работы при температурах от -70 до +200°С и давлении до 100 атмосфер, что позволяет использовать такие теплообменные аппараты как в промышленном так и в бытовом секторе.

На сегодняшний день основными потребителями пластинчатых теплообменников являются предприятия работающие в таких сферах как:

• отопление и кондиционирование (нагрев и охлаждение воздуха);

• энергетика (охладители спринклерных установок, съем остаточных тепловыделений, теплообменники станционных пром. контуров, маслоохладители, подогреватели низкого давления);

• черная и цветная металлургия (охлаждение печей, охлаждение гидравлической смазки, охлаждение и нагрев масла, утилизация промышленного тепла);

• химическая промышленность (конденсация / охлаждение газов, охлаждение щелочных растворов, охлаждение солевых растворов, циркуляционной воды, нагрев среды паром, утилизация тепла);

• нефтедобыча / нефтепереработка (утилизация тепла воды при обезвоживании нефти, подогрев нефти и нефтепродуктов);

• машиностроение (охлаждение эмульсий, гидравлических масел, жидкостей для шлифования, воды для обжиговой печи, трансмиссионного масла, воды для автоклава).

В России переход к теплообменным системам с таким принципом теплопередачи начался с 90-х годов. За прошедший период был наработан существенный опыт производства и применения пластинчатых теплообменников в новых российских экономических условиях.

С точки зрения организации производственного процесса отечественные предприятия производящие пластинчатые теплообменники различаются полнотой производственного цикла и объемом выполняемых операций. Проведенные исследования показали, что собираются изделия в большинстве случаев из комплектующих изготовленных за рубежом. Связано это с тем, что основная деталь пластинчатого теплообменника - гофрированная панель (количество которых в одном теплообменнике может достигать 300 штук), изготавливается методом листовой штамповки. Такая технология производства подразумевает использование прессов большой мощности, а так же изготовление с высокой точностью массивной штамповой оснастки для каждого типоразмера пластин. Данная технология требует больших производственных площадей, энергозатрат на осуществление основной технологической операции и временных задержек для переналадки оборудования на выпуск другого типоразмера пластин. Эти факторы сдерживают развитие отечественных предприятий осуществляющих полный цикл производства пластинчатых теплообменников.

Тенденции развития современной энергетики инициируют использование таких видов теплообменных установок как пластинчатые теплообменники. По этому, разработка новых технологий нацеленных на повышение качества продукции, а так же снижение энергозатрат, металлоемкости оборудования и оснастки и повышение гибкости производства является перспективной задачей с заделом на будущее.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Поворов, Сергей Владимирович

6. Выводы по работе

1. Анализ литературных источников показал, что существующие технологии производства гофрированных панелей имеют как преимущества, так и недостатки, поэтому для повышения конкурентоспособности продукции необходимо разрабатывать новые технологические решения которые позволят повысить эффективность экономии металла заготовки и снизить металлоемкость оборудования.

2. Расчеты, проведенные по разработанным, математическим моделям позволили установить что:

• для формовки профиля заданного сечения достаточно 4 клети,

• при формовке гофрированного листа из алюминия АД-1 толщиной 0,8мм силы не превышают 15,8 кН, для нержавеющей стали марки 08X18Н9Т максимальные силы не превышают 25,2 кН.

3. В результате экспериментальных исследований установлено что разработанные математические модели адекватно отражают процесс и расхождение между теоретическими и экспериментальными данными по деформациям заготовки составляют 8,5%.

4. В результате реализации разработанного метода определения констант Муни-Ривлина установлено, что для полиуретана марки СКУ-7Л значения констант составляют: аш = 0,83, ао1 = 2,5.

5. Предложенная схема конструктивного исполнения технологического оборудования в соответствии с патентом № 2368446 С1 1Ш В2Ш 13/04 В2Ш5/06 реализована на практике на лабораторном стане и показала что она пригодна для изготовления гофрированных листов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Поворов, Сергей Владимирович, 2010 год

1. A.c. 1005978. СССР. МКИ5 В 21D 5/14. Валок листогибочной машины /М.А.Блинов, В.И.Пермяков (CCCP).-N-3445670/25-27; Заявл. 22.10.81.Опубл. 19.03.83. //Б.И.-1983.- N-11.

2. А.с.1297965. СССР. МКИ5 В 21D 5/14. Способ гибки деталей /И.М.Закиров (СССР).- N-3451985/25-27; Заявл. 11.06.82. Опубл. 19.02.87. //Б.И.-1987.- N-11.

3. А.с.1311808. СССР. МКИ5 В 21D 5/14. Валковая листогибочная машина /И.М.Закиров (СССР).- N-3889529/25-27; Заявл.29.04.85. Опубл. 23.05.87. //Б.И.-1987.- N-19.

4. A.c. 1558534. СССР. МКИ5 В 21D 22/16. Инструмент для обкатки тонкостенных полых изделий / В. В. Зубарев и др. (СССР). N-4443728/25-27;Заявл.20.06.88.0публ.04.90.//Б.И.-1990.-^15.

5. А.с.573222. СССР. МКИ5 В 21D 13/02, 13/04. Листогибочная валковая машина /А.В.Никитин, И.М.Закиров, М.И.Лысов, Ю.А.Веселков (СССР).-N-3906342/25-27; Заявл.20.01.76. Опубл. 23.06.77. //Б.И.-1977.- N-35.

6. Бабкин A.B., Селиванов В.В. Основы механики сплошных сред: Учебник для втузов. 3-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.

7. Бате К.Ю., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982. - 494 с.

8. Блинов М.А. Способ штамповки эластичной средой штучных заготово //Кузнечно-штамповочное производство.- 1990.- N 6.- С.14-16.

9. Блинов М.А. Штамповка полиуретаном крупногабаритных и сложной конфигурации листовых деталей // Пути повышения эффективности и качества листоштамповочного производства: Тезисы докл. научн. техн. конф. штамповщиков Западного Урала.- Пермь, 1989.- С.17-19.

10. Блинов М.А. Штамповка полиуретаном крупногабаритных и сложной конфигурации листовых деталей // Пути повышения эффективности и качества листоштамповочного производства: Тезисы докл. научн. техн. конф. штамповщиков Западного Урала.- Пермь, 1989.-С.17-19.

11. Блинов М.А., Постников B.C., Пермяков В.И. Исследование и разработка технологии штамповки крупногабаритных деталей полиуретаном в полузакрытом штампе //Кузнечно-штамповочное производство.- 1988.- N 1,- С. 19-21.

12. Бодунов Н.М., Закиров И.М. Повышение точности изготовления деталей из профилей на станках ПГР с программным управлением //Кузнечно-штамповочное производство.-1992.- N 9-10.-С.17-20

13. Бухина М.Ф. Техническая физика эластомеров. М.: Химия, 1984.155 с.

14. Ершов В.И., Глазков В.И., Каширин М.Ф., Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки М.: Машиностроение, 1990.-145 с.

15. Закиров И.М. Технологические возможности и перспективы развития ротационного формообразования эластичной средой //Кузнечно-штамповочное производство.-1992.-N 3.- С. 6-7.

16. Закиров И.М., Лысов М.И. Гибка на валках с эластичным покрытием.- М.: Машиностроение, 1985.-144с.

17. Закиров И.М., Лысов М.И. Исследование распределения давления при гибке-прокатке с применением эластичного кольца // Труды Казанского авиац. ин-та.- 1974.- Вып. 174.-С.11-15.

18. Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967. - 367 с.

19. Канатников А.Н., Крищенко А.П., Четвериков В.Н. Дифференциальное исчисление функций многих переменных: Учеб. длявузов / Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 455 с.

20. Комаров А.Д., Моисеев В.К. Штамповка товаров народного потребления эластичной средой //Кузнечно-штамповочное производство.-1987.-N1.- С. 31-34.

21. Лысов М.И., Закиров И.М. Пластическое формообразование тонкостенных деталей авиатехники.- М.: Машиностроение, 1983.- 176с.

22. Матвеев А.Д. Исследование местного прекращения деформаций и изменения формы листовой заготовки при ее растяжении в штамповочных операциях: Дис.докт. техн. наук: 05.03.05.- М.:МАМИ, 1971.-295с.

23. Матвеев А.Д. Листовая штамповка: Справочник «Ковка и штамповка» М.: Машиностроение, 1987. Т. 4. 544с.

24. Матвеев А.Д. Предельная глубина ребер жесткости на листовом металле //Кузнечно-штамповочное производство.-1969.-N 8.- С.16-20.

25. Никитин A.B., Закиров И.М. Специализированные двухвалковые машины //Кузнечно-штамповочное производство.-1992.-N3.-С.8-9.

26. Опыт штамповки полиуретаном стальных деталей сложной формы /В.К.Моисеев и др. //Кузнечно- штамповочное производство.- 1991.-N 8.-С. 17-18.

27. Орленко Г.П. Свойства полиуретана и его применение в листоштамповочном производстве.- Л.:ЛДНТП, 1975.- 20с.

28. Пат. 1692302 A3. СССР, МКИ5 В 21D 22/14. Устройство для ротационной вытяжки изделий со сложной поверхностью /И.Е.Семенов, Д.Б.Кевеш., Э.А.Костюк (СССР).- N 4828100/27; Заявл.24.05.90. // Открытия. Изобретения. . -1991. N 42.

29. Пат. 1699345. СССР, МКИ5 В 21D 22/10. Устройство для изготовления изделий с выпукло вогнутым рельефом из листовогометалла / И.Е. Семенов, Д.Б. Кевеш, Э.А. Костюк (СССР). № 4827535; заявл. 24.05.90. Опубл. 15.12.91. Б.И. № 46 - с. 34.

30. Пат. 2071853. РФ, МКИ5 В 21D 22/10. Устройство для изготовления изделий с выпукло вогнутым рельефом из листового металла / И.Е. Семенов, М.Н. Шапиро, Ю.Н. Игнатов, Д.Б. Кевеш. - № 94012731; заявл. 12.04.94. Зарег. в Гос. реестре изобретений 20.01.97.

31. Пресняков A.A. Локализация пластической деформации.- Алма-Ата: Наука, 1981.- 121 с.

32. Романовский В.П. Пути развития листовой штамповки //Кузнечно-штамповочное производство,- 1978. №12. — С.13-14.

33. Семенов И.Е. Локальная формовка эластичной средой // Вестник машиностроения.- 1997.- №5.- С. 19-21.

34. Семенов И.Е. Направления использования локального формообразования на малых предприятиях // Инженерный журнал. -1997.-№5.- С.8-11.

35. Семенов И.Е. Напряженно деформированное состояние эластичной оболочки вала при контакте с рельефной матрицей //Кузнечно-штамповочное производство.- 1997.- № 11,- С. 10—11.

36. Семенов И.Е. Определение деформированного состояния методом координатной сетки: Методические указания.- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.- С. 10-19.

37. Семенов И.Е. Разработка ресурсосберегающих технологий и оборудования для холодной штамповки коробчатых деталей: Дис.докт. техн. наук: 05.03.05. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996.-429 с.

38. Семенов И.Е., Лушников В.М. Современные методы и новое оборудование локальной обработки листового металла // Сб.тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции. -М., 1998. -С.42-47.

39. Семенов И.Е., Феофанова А.Е. Проблемы качества при изготовлении крупногабаритных панелей // Кузнечно-штамповочное производство. 1998. - №4. - С. 11-15.

40. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки /В.И.Ершов и др.- М.: Машиностроение, 1990.-311с.

41. Состояние и перспективы развития штамповки полиуретаном. /Блинов М.А. //Новые прогрессивные процессы и штампы в холодной штамповке: Тезисы докл. 5-ой всесоюзн. научно-техн. конф. штамповщиков Западного Урала.- Пермь, 1980.- С. 15-18.

42. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1977. — 423 с.

43. Фадеев М.С. Исследования процесса гибки листового металла двумя валками с эластичным покрытием одного из них: Дис. канд. техн. наук: 05.03.05.- Воронеж: ЭНИКМАШ, 1981.- 185 с.

44. Феофанова А.Е. Исследование предельного формоизменения при местной листовой формовке с целью интенсификации процесса и разработка технологических параметров: Дис. канд. техн. наук: 05.03.05.-М.: МАМИ, 1988.-149 с.

45. Формовка прокатка ленты на двухвалковом стане с эластичным покрытием одного из валков /М.А.Блинов, и др. //Новые прогрессивные процессы и штампы в холодной штамповке: Тезисы докл. 5-ой научно-техн. конф. штамповщиков Зап. Урала.- Пермь, 1980.-С. 47-49.

46. Bathe K.J. Finite Element Procedures. New Jersey: Prentice Hall, 1996.- 1038 p.

47. Bradly N.M., Zhu X. Input Parameters for Metal Forming Simulation Using LS-DYNA // 6-th International LS-DYNA Users Conference. -Dearborn, 2000.- P. 477-488.

48. Cavendish J.C., Wenner M.L., Burkardt J.C. A new approach to sheet metal forming problems //NUMIFORM 86: Numer. Meth. Ind. Form. Process.: Proc. 2nd Int. Conf., Gothenburg, 25-29 Aug. 1986.- Rotterdam- Boston, 1986,-P. 315-320.

49. Hallquist J.O. LS-DYNA Theoretical Manual. Livermore: LSTC, 1998.-497 p.

50. Hoffman. O., Sachs G. Introduction to the theori of plasticity for Engineers. Dearborn: McGRAW. - Hill Bock, 1953.-203 p.

51. Janinier J.M. Calculation of the limit curve at fracture // Journal of Material Science. -1983. -V.18, №6. P. 179-182.

52. Kuczkowski J. Elastomery poliuretanowe i ich zastosowanie w obrobce plastycznej metali // Obrob. Plast. metali.- 1991.- Vol. 2, N. 1.- P. 31-34.

53. LS-DYNA Keyword User's Manual / Ed. by J.O. Hallquist. -Livermore: LSTC, 1999. 1130 p.

54. Wang N.-M., Tang S.C. Analysis of bending effects in sheet forming operations //NUMIFORM 86: Numer. Meth. Ind. Form. Process.: Proc. 2nd. Int. Conf., Gothenburg, 25-29 Aug. 1986.- Rotterdam- Boston, 1986.-P. 71-76.